CN106640689B

CN106640689B - 一种飞行过程中喷洒泵的控制方法

Info

Publication number: CN106640689B
Application number: CN201611213355.4A
Authority: CN
Inventors: 覃燕华; 陶涛; 杨少平; 慈海波; 黄俊燕
Original assignee: Shanghai Chiao Dynamics Intelligentize Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Chiao Dynamics Intelligentize Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2036-12-23
Also published as: CN106640689A

Abstract

本发明一种飞行过程中喷洒泵的控制方法，其用于装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，包括如下步骤：a.确定N个飞行速度对应的N个水泵开量，其中N≥2；b.基于所述N个飞行速度与所述N个水泵开量构建线性函数模型；c.基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。本发明通过更为简单的模型设计实现飞行过程中喷洒泵的控制，一方面不会提高飞行器的制作成本，另一方面还能解决喷洒均匀性的问题。

Description

一种飞行过程中喷洒泵的控制方法

技术领域

本发明属于航空喷洒作业技术领域，特别是指搭载喷洒泵的无人机的飞行喷洒控制，具体涉及一种飞行过程中喷洒泵的控制方法。

背景技术

随着农业现代化的发展，飞行器已经被广泛的应用于农药喷洒中，以提高向农作物喷洒农药的效率；而飞行器在喷洒农药时，其农药喷洒的均匀性对农作物的成长有着重要的影响。植保无人机作为一种新型农业植保设备，它主要由无人机携带喷洒设备组成，应用于对农田、林地和城市绿化地的农药植保喷洒任务。

植保无人机喷洒设备的工作方式直接影响到农药喷洒的最终效果。目前，农业植保无人机的喷洒系统基本上是控制喷头的开启和关闭，在飞行过程中保持一个恒定的喷洒速度进行作业。由于农业植保无人机在施药过程中受操控手人为操纵的影响，一成不变的农药喷洒速度无法保证农药雾滴在作物上的有效附着量和均匀分布率，进而影响施药的效果。

在实际应用过程中，受到气象条件、环境情况、操作手技能水平等因素的影响，无人机飞行速度难以保持恒定，尤其是在进入作业区域初期、转弯掉头等环节速度变换范围较大，此时，按照固定的流量进行喷洒作业时，会导致药液喷洒不均匀，发生过度喷洒和喷洒量不足的情况。某些植保无人机使用微型涡轮流量传感器对流量进行检测和反馈控制，但涡轮流量计，输出滞后较为严重，飞行速度变化时，易导致喷洒流量震荡变化，因此，在实际作业中也难以满足流量控制的实时性要求。

目前也存在一些改进后的控制方案，这些现有的控制方案主要从以下几个方面进行了改进：1)预先设定喷洒方式，然后根据预先设定的喷洒方式执行；2)高度智能化的控制，根据飞行器的实时状态实时改变喷洒的方式；3)着眼于喷洒总量的控制，防止农药的浪费。

国内的农田地形较为复杂，同时农业领域人员的技术基础普遍不高，上述的改进方案的并未考虑到实际的应用状况，要么导致飞行器价格过高，要么并未解决喷洒均匀性的问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种飞行过程中喷洒泵的控制方法，其用于装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，包括如下步骤：

a.确定N个飞行速度对应的N个水泵开量，其中N≥2；.

b.基于所述N个飞行速度与所述N个水泵开量构建线性函数模型；

c.基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。

优选地，所述N个飞行速度对应的所述N个水泵开量通过以下方式获得：

a1.采集所述飞行器的全部飞行速度以及对应的全部水泵开量，获取所述全部飞行速度中服从标准正态分布的多个飞行速度；

a2.获取所述多个飞行速度对应多个水泵开量，获取所述多个水泵开量中服从标准正态分布的若干标准水泵开量；

a3.获取所述若干标准水泵开量对应的若干标准飞行速度，将所述若干标准飞行速度作为所述N个飞行速度，将所述若干标准水泵开量作为所述N个水泵开量。

a4.采集所述飞行器的全部水泵开量对应的全部飞行速度，获取所述全部水泵开量中服从标准正态分布的多个水泵开量；

a5.获取所述多个水泵开量对应多个飞行速度，获取所述多个飞行速度中服从标准正态分布的若干标准飞行速度；

a6.获取所述若干标准飞行速度对应的若干标准水泵开量，将所述若干标准飞行速度作为所述N个飞行速度，将所述若干标准水泵开量作为所述N个水泵开量。

优选地，所述步骤a包括如下步骤：

a7.采集所述飞行器的全部飞行速度以及对应的全部水泵开量；

a8.确定最大飞行速度V_max对应的最大水泵开量P_max，确定最小飞行速度V_min对应的最小水泵开量P_min，所述V_max和V_min作为所述N个飞行速度，所述P_max和P_min作为所述N个水泵开量。

优选地，所述步骤b包括如下步骤：

b1.基于公式确定控制系数K，其中，P_max为最大水泵开量，V_min为最小飞行速度，P_min为最小水泵开量；

b2.基于公式b＝P_min-K×V_min确定截距b；

b3.基于公式P＝K×V+b构建所述线性函数模型，其中，V表示所述飞行器的飞行速度，P表示所述喷洒泵的水泵开量。

优选地，通过调节所述P_max、所述P_min以及所述V_min中的任一个或者任多个调整所述控制系数K。

优选地，所述步骤c包括如下步骤：

c1.基于所述线性函数模型通过调整所述控制系数K调整所述喷洒泵的水泵开量。

优选地，所述V_max为10m/s对应的所述P_max为90％，所述V_min为1m/s对应的所述P_max为20％。

优选地，所述步骤c包括如下步骤：

c2.确定所述飞行器的巡航速度V₀；

c3.基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的巡航水泵开量P₀。

本发明通过更为简单的模型设计实现飞行过程中喷洒泵的控制，一方面不会提高飞行器的制作成本，另一方面还能解决喷洒均匀性的问题，同时操作人员在实际应用中只需要调整一个参数(即巡航速度或者控制系数)或者两个参数(即巡航速度和控制系数)，提高了操作的简易化程度，因此，本发明的技术方案更适合于大面积推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本发明的具体实施方式的，一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图；

图2示出了本发明的第一实施例的，一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图；

图3示出了本发明的第二实施例的，一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图；

图4示出了本发明的第三实施例的，一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图；

图5示出了本发明的第四实施例的，一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图。

具体实施方式

旋翼类无人机在农业植保领域的应用较为广泛，进一步细分又可以分为单旋翼和多旋翼农业植保无人机。单旋翼农业植保无人机通常采用航空燃油动力的发动机，起飞时同时携带无人机燃料和农业植保化学制剂，在有限的飞行时间内完成农业植保任务。多旋翼农业植保无人机常采用电机为旋翼提供扭矩，起飞时需要携带大容量电池和农业植保化学制剂，飞行时间和农作物有效植保范围受到所携带电池容量的限制。

当前主流的植保无人机通常采用无线遥控的方式来实施控制，也就是说，操作人员往往是通过某种无线通信方式，远程控制无人飞行器在一块特定面积的田地范围内完成作业，现有的无人飞行器为了完成植保任务，需要在飞行器上设置用于向药液提供压力，将其喷洒而出的压力装置，或者是安装利用离心力甩出药液的离心装置。例如，专利CN104512551A公开的一种无人飞行器洒药装置包括飞行器本体、载物车以及固定装载在所述载物车上的盛药桶、药液输送组件以及蓄电池，所述飞行器本体上挂载有药液喷洒器，所述药液输送组件包括输药软管、药液传送泵以及自动卷管器，所述盛药桶底部设有排液管，所述排液管连接至所述药液传送泵的进液口，所述输药软管盘绕在所述自动卷管器上，且所述输药软管的两端可分别连接在所述药液传送泵的泵液出口与药液喷洒器上，所述蓄电池分别为所述飞行器本体以及药液传送泵供电，所述蓄电池与所述飞行器本体之间可拆卸的电连接有柔性的电源连接线。该专利可减小了飞行器本体的装载量，又可源源不断的持续供药，省去了飞行器本体上装载电池，减小了飞行器的自重，降低了生产成本以及维护成本，但其无法调节喷洒轨迹的宽度，更无法根据所需喷洒的区域规划喷洒路径，其喷洒精度、喷洒效率和持续性有待提高。

本发明中，通过在飞行器上安装控制器实现装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，进一步地，所述控制功能的实现可以是硬件、由处理器执行的软件或者二者的组合。具体地，如果通过软件模块实现，可将预先的程序烧录到所述控制器的存储模块中，或者将软件安装到预置的系统中；如果通过硬件实现，则可利用现场可编程门阵列(FPGA)将对应的功能固定化实现。

进一步地，所述存储模块可以是RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、硬盘、或本领域已知的任何其他形式的存储介质。通过将所述存储介质耦接至处理器，从而使所述处理器能够从所述存储介质中读取信息，并且可以向所述存储介质写入信息。作为一种变化，所述存储介质可以是处理器的组成部分，或者所述处理器和所述存储介质均位于专用集成电路(ASIC)上。

进一步地，所述硬件可以是能够实现具体功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件或以上这些硬件的组合。作为一种变化，还可以通过计算设备的组合实现，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与DSP通信结合的一个或者多个微处理器的组合等。

图1示出了一种飞行过程中喷洒泵的控制方法，其用于装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，包括如下步骤：

首先执行步骤S101，确定N个飞行速度对应的N个水泵开量，其中N≥2。具体地，N个飞行速度以及N个水泵开量均可基于日常的数据积累所获得，例如，飞行器上安装多个传感器用于采集日常的飞行速度以及对应的日常水泵开量，并将这些数据存储于存储器中，然后将存储于存储器中的这些数据处理后获得所述N个飞行速度以及对应的所述N个水泵开量。

进一步地，执行步骤S102，基于所述N个飞行速度与所述N个水泵开量构建线性函数模型。具体地，所述飞行速度作为自变量，所述水泵开量作为因变量。本领域技术人员理解，线性函数作为数学领域的常数函数属于现有技术，在实际的应用中，可以使用maltab软件构建线性函数模型并形成相应的程序，进而将该程序烧入芯片中，所述芯片作为飞行器的控制器用于喷洒泵的控制。

进一步地，执行步骤S103，基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。具体地，在步骤S102中，使用maltab软件构建线性函数模型并形成相应的程序，进而将该程序烧入芯片中，所述芯片采集所述飞行器的飞行速度，并基于飞行器的飞行速度控制所述喷洒泵的水泵开量。在一个具体的实现方式中，首先确定所述飞行器的巡航速度V₀，之后基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的巡航水泵开量P₀。

作为本发明的第一实施例，图2示出了另一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图，包括如下步骤：

执行步骤S201，确定最大飞行速度V_max对应的最大水泵开量P_max，确定最小飞行速度V_min对应的最小水泵开量P_min。具体地，结合步骤S101中的描述，所述V_max和V_min对应所述N个飞行速度，所述P_max和P_min对应所述N个水泵开量，即，在本实施例中，N取值为2。

进一步地，执行步骤S202，基于公式确定控制系数K；执行步骤S203，基于公式b＝P_min-K×V_min确定截距b；执行步骤S204，基于公式P＝K×V+b构建所述线性函数模型，其中，V表示所述飞行器的飞行速度，P表示所述喷洒泵的水泵开量。具体地，所述步骤S202至步骤S204共同实现所述步骤S102的目的，即，构建所述线性函数模型，本领域技术人员理解，本实施例选用的线性函数模型可以提高数据运算的效率并且适应了农业领域人员的操作水平，这有别现有技术中复杂的计算模型，在实际的应用中，更具备大范围推广的可能性，同时还可以降低制造成本。更为具体地，基于本实施例构建的线性函数模型，所述飞行器的喷洒泵在初始的飞行阶段并不执行喷洒动作，只有速度达到一定阈值之后才开始执行喷洒动作。

进一步地，执行步骤S205，通过调节所述P_max、所述P_min以及所述V_min中的任一个或者任多个调整所述控制系数K，进一步地，执行步骤S206，基于所述线性函数模型通过调整所述控制系数K调整所述喷洒泵的水泵开量。具体地，根据步骤S202至步骤S204可以得知，所述控制系数K受到所述P_max、所述P_min以及所述V_min的影响，在实际的应用中，可以在所述飞行器的遥控器的面板上设置触摸屏幕，用户可以直接通过触摸屏改变所述P_max、所述P_min以及所述V_min中的任一个或者任多个，进而调整所述控制系数K，这与前述步骤S202至步骤S204形成整体的技术方案，可以很好的实现操作的简便性。作为一种变化，还可以设置若干一键调整方案，用户只需点击其中任一个一键调整方案，即可实现所述控制系数K的改变，进而调整水泵开量与飞行速度的匹配关系。

在实际的应用中，还可以设定所述飞行器的巡航速度V₀，之后基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的巡航水泵开量P₀，此时，所述飞行器以近似于匀速的方式飞行(即巡航速度V₀)，同时喷洒泵以基本相同的配水泵开量(即巡航水泵开量P₀)喷洒。

作为本发明的第二实施例，图3示出了另一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图，包括如下步骤：

执行步骤S301，采集所述飞行器的全部飞行速度以及对应的全部水泵开量，获取所述全部飞行速度中服从标准正态分布的多个飞行速度。具体地，在统计学领域，正态分布是常用的统计方式，在本实施例中，基于全部飞行速度模拟出飞行速度的正态分布模型，然后基于该正态分布模型获取服从标准正态分布的多个飞行速度，相应地，所述多个飞行速度为所述全部飞行速度的一部分，具体的模拟方式以及获取方式可以结合现有的统计学计算方式实现。

执行步骤S302，获取所述多个飞行速度对应多个水泵开量，获取所述多个水泵开量中服从标准正态分布的若干标准水泵开量。本步骤可以结合步骤S301的描述实现，在此不予赘述。本领域技术技术人员理解，

执行步骤S303，获取所述多个水泵开量，所述若干标准水泵开量对应若干标准飞行速度，将所述若干标准飞行速度作为所述N个飞行速度，将所述若干标准水泵开量作为所述N个水泵开量。具体地，在步骤S4301中，已经建立了全部飞行速度对应的全部水泵开量的数据，相应地，所述若干标准水泵开量属于所述全部水泵开量的一部分，相应地，基于步骤S301的全部水泵开量对应的全部飞行速度的数据即可实现本步骤。

进一步地，步骤301至步骤303共包括两次筛选，一次是从所述全部飞行速度中筛选出更客观更加真实的飞行速度数据(即所述多个飞行速度)，再从所述多个飞行速度对应的多个水泵开量中筛选出更客观更加真实的水泵开量数据(即所述若干标准水泵开量)，然后基于所述若干标准水泵开量再追溯出对应的所述若干标准飞行速度。本领域技术人员理解，步骤301至步骤303获得的若干标准水泵开量和所述若干标准飞行速度作为基础数据用于构建所述线性函数模型，该基础数据的质量最终影响所述线性函数模型的实用性，通过本实施例的方式获得的基础数据可以构建出更加符合实际使用状况的所述线性函数模型。

进一步地，执行步骤S304，基于所述若干标准飞行速度与所述若干标准水泵开量构建线性函数模型。本领域技术人员可以参考步骤S102理解本步骤。

进一步地，执行步骤S305，基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。本领域技术人员可以参考步骤S103理解本步骤。在一个具体的实现方式中，首先确定所述飞行器的巡航速度V₀，之后基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的巡航水泵开量P₀。

作为本发明的第三实施例，图4示出了另一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图，包括如下步骤：

执行步骤S401，采集所述飞行器的全部水泵开量对应的全部飞行速度，获取所述全部水泵开量中服从标准正态分布的多个水泵开量。具体地，在统计学领域，正态分布是常用的统计方式，在本实施例中，基于全部水泵开量模拟出水泵开量的正态分布模型，然后基于该正态分布模型获取服从标准正态分布的多个水泵开量，相应地，所述多个水泵开量为所述全部水泵开量的一部分，具体的模拟方式以及获取方式可以结合现有的统计学计算方式实现。

执行步骤S402，获取所述多个水泵开量对应多个飞行速度，获取所述多个飞行速度中服从标准正态分布的若干标准飞行速度。本步骤可以结合步骤S401的描述实现，在此不予赘述。本领域技术技术人员理解，

执行步骤S403，获取所述若干标准飞行速度对应的若干标准水泵开量，将所述若干标准飞行速度作为所述N个飞行速度，将所述若干标准水泵开量作为所述N个水泵开量。具体地，在步骤S401中，已经建立了全部水泵开量对应的全部飞行速度的数据，相应地，所述若干标准飞行速度属于所述全部飞行速度的一部分，相应地，基于步骤S401的全部水泵开量对应的全部飞行速度的数据即可实现本步骤。

进一步地，步骤401至步骤403共包括两次筛选，一次是从所述全部水泵开量中筛选出更客观更加真实的水泵开量数据(即所述多个水泵开量)，再从所述多个水泵开量对应的多个飞行速度中筛选出更客观更加真实的飞行速度数据(即所述若干标准飞行速度)，然后基于所述若干标准飞行速度再追溯出对应的所述若干标准水泵开量。本领域技术人员理解，步骤401至步骤403获得的若干标准水泵开量和所述若干标准飞行速度作为基础数据用于构建所述线性函数模型，该基础数据的质量最终影响所述线性函数模型的实用性，通过本实施例的方式获得的基础数据可以构建出更加符合实际使用状况的所述线性函数模型。

进一步地，执行步骤S404，基于所述若干标准飞行速度与所述若干标准水泵开量构建线性函数模型。本领域技术人员可以参考步骤S102理解本步骤。

进一步地，执行步骤S405，基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。本领域技术人员可以参考步骤S103理解本步骤，在一个具体的实现方式中，首先确定所述飞行器的巡航速度V₀，之后基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的巡航水泵开量P₀。

作为本发明的第四实施例，图5示出了另一种飞行过程中喷洒泵的控制方法的流程图，包括如下步骤：

执行步骤S501，采集所述飞行器的全部飞行速度以及对应的全部水泵开量。本领域技术人员可以参考步骤S301或者S401理解本步骤。

执行步骤S502，确定最大飞行速度V_max对应的最大水泵开量P_max，确定最小飞行速度V_min对应的最小水泵开量P_min，所述V_max和V_min作为所述N个飞行速度，所述P_max和P_min作为所述N个水泵开量。本领域技术人员理解，本实施例中，构建所述线性函数模型的基础数据使用了最为简单的数据，即，确定初始点(V_min，P_min)和终止点(V_max，P_max)，在一个优选的实施方案中，所述V_max为10m/s对应的所述P_max为90％，所述V_min为1m/s对应的所述P_max为20％。

进一步地，执行步骤S503，基于所述V_max和V_min以及所述P_max和P_min构建线性函数模型。本领域技术人员可以参考步骤S102理解本步骤。

进一步地，执行步骤S504，基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。本领域技术人员可以参考步骤S103理解本步骤，在一个具体的实现方式中，首先确定所述飞行器的巡航速度V₀，之后基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的巡航水泵开量P₀。

进一步地，第四实施例较多的用于确定一键调整方案。结合本实施例的方式，可以设置两种方案用于实现飞行器的喷洒控制，一种是第二实施例至第三实施例的中的任一种，另一种是第四实施例，这样可以进一步提高操作效率。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种飞行过程中喷洒泵的控制方法，其用于装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，其特征在于，包括如下步骤：

a.确定N个飞行速度对应的N个水泵开量，其中N≥2；

c.基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制；

所述N个飞行速度对应的所述N个水泵开量通过以下方式获得：

a2.获取所述多个飞行速度对应的多个水泵开量，获取所述多个水泵开量中服从标准正态分布的若干标准水泵开量；

2.一种飞行过程中喷洒泵的控制方法，其用于装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，其特征在于，包括如下步骤：

a.确定N个飞行速度对应的N个水泵开量，其中N≥2；

c.基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制；

a5.获取所述多个水泵开量对应的多个飞行速度，获取所述多个飞行速度中服从标准正态分布的若干标准飞行速度；

3.一种飞行过程中喷洒泵的控制方法，其用于装载喷洒泵的飞行器的喷洒控制，其特征在于，包括如下步骤：

a.确定N个飞行速度对应的N个水泵开量，其中N≥2；具体包括如下步骤：a7.采集所述飞行器的全部飞行速度以及对应的全部水泵开量；a8.确定最大飞行速度V_max对应的最大水泵开量P_max，确定最小飞行速度V_min对应的最小水泵开量P_min，所述V_max和V_min作为所述N个飞行速度，所述P_max和P_min作为所述N个水泵开量；

c.基于所述线性函数模型实现所述飞行器喷洒控制。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤b包括如下步骤：

b2.基于公式b＝P_min-K×V_min确定截距b；

b3.基于公式P＝K·V+b构建所述线性函数模型，其中，V表示所述飞行器的飞行速度，P表示所述喷洒泵的水泵开量。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，通过调节所述P_max、所述P_min以及所述V_min中的任一个或者任多个调整所述控制系数K。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤c包括如下步骤：

7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤c包括如下步骤：

c2.确定所述飞行器的巡航速度V₀，所述巡航速度为所述飞行器在巡航状态下的所述飞行速度；

c3.基于所述线性函数模型确定所述巡航速度V₀对应的水泵开量P₀。